道路路基加固中水泥搅拌桩的设计与实践

2014-03-20林加明

河南建材 2014年3期

关键词：喷浆单桩深层

林加明

漳州市平原市政工程设计有限公司（363000）

道路路基加固中水泥搅拌桩的设计与实践

林加明

漳州市平原市政工程设计有限公司（363000）

针对漳州市某市政道路的工程实际地质概况，对该路段实施加固方案，并总结了项目的设计及其参数计算。

道路路基；加固方案；水泥搅拌桩

漳州市台商投资区翁角路为主干路，经地质详细勘察后得知部分路段现有路基承载力较低，不能满足市政管线承载力100 kPa的基本设计条件，需对其路段进行路基加固处理。由于工期紧张，且漳州地区正值多雨季节,因此在进行加固方案选择时，优先考虑一方面要保证施工进度，另一方面要保证施工质量达到要求，在此情况下，将目前在福建广泛使用且具有成熟技术的深层搅拌桩作为首选，并与袋装砂井+堆载预压方法进行经济技术的比较，通过比较认为深层搅拌桩在经济技术和施工技术方面具有保证，且受天气影响较小，不影响施工进度,因此最终选取深层搅拌桩进行路基加固。

1 地质概况

翁角路道路拟建段路线长约5.476 km，路基宽50m，根据工程地质勘察报告，拟处理路段场地地层概况如下：

1）耕土：层厚为0.4～1.5m，主要由黏性土组成，湿，松散，力学强度低；2）淤泥质土：层厚0.4～9.1m，属高压缩性软弱土，工程性能差；3）粉质黏土：层厚为1.0～9.1m，可塑～硬塑状，力学强度一般;4）中砂：层厚为0.2～16.3m，饱和，稍密～密实；5）残积黏性土：层厚为0.6～26.7m，花岗岩风化残积而成，可塑状，力学强度一般。

由于淤泥质土层承载力低，且具有流变、高压缩性等特点，不能满足路基要求，因此需要进行加固，以满足路基承载力要求。

2 加固方案设计

2.1 方案比选

根据漳州地区的地质情况和施工工期要求，提出了深层搅拌桩与袋装砂井+堆载预压两种方案，以下为深层搅拌桩和袋装砂井+堆载预压两种方案在技术方面的比较。

表1 技术比较

综合考虑，为保障工期进度、质量及项目所在区域水泥搅拌桩处理施工经验丰富，本次路段软基处理采用深层水泥搅拌桩，桩顶设置50 cm的碎石垫层并加铺土工格栅以保障路基均匀沉降。

2.2 场地土层参数选取

根据地质勘察报告,本次地基处理先清表50 cm后进行搅拌桩施工，各土层设计参数如下：

素填土：qs=12 kPa，qp=75 kPa；

淤泥质土：qs=6 kPa，qp=55 kPa；

粉质黏土：qs=15 kPa，qp=150 kPa；

各地层厚度依场地不同位置有一定差异。

2.3 搅拌桩单桩设计

桩径Φ600，桩长要求进入粉质黏土层不少于50 cm，根据勘测资料，为确保单桩承载力满足设计要求，本次设计选取淤泥层较厚路段进行计算。

单桩承载力计算：桩长L=9.5m，桩径d=0.6m，桩周长度S=1.885m,桩身截面积Ap=0.283m2,α＝0.5。桩间土层分布为：素填土厚1m,qs=12 kPa,qp=75 kPa,淤泥厚8m，qs=6 kPa，qp=55 kPa，粉质黏土厚0.5m，qs=15 kPa，qp=150 kPa。

由侧摩阻力提供的单桩承载力计算得：

由桩身强度计算得,fcu为90 d龄期立方体抗压强度标准值，取1.7mPa。

两者取最小值，所以RK=120.3 kN。

2.4 复合地基承载力验算

搅拌桩按等边三角形布置，间距1.3m×1.3m，面积置换率m=0.193，s为间距；β为桩间土承载力折减系数，加固土层为淤泥等固结度较差土层为0.1～0.4,设置褥垫层可取高值,本次β取0.4；λ为单桩承载力发挥系数，取1.0;fs为处理后的桩间土承载力特征值,按天然承载力特征值选取。

满足要求。

由于路基下卧粉质黏土层承载力为150 kPa，已大于路基加固后承载力，故下卧强度满足要求。

2.5 地基沉降计算

复合地基沉降量包含加固区的沉降量和加固区下卧层的沉降量，加固区的沉降量采用复合地基压缩模量法计算，下卧层采用压缩模量法计算。

经计算，加固区的沉降量为S1=162mm；下卧层的沉降量S2=88mm。

最终总沉降量S=S1+S2=250mm=0.25m＜0.3m(一般路段路基容许工后变形)，满足要求。

3 搅拌桩施工及其质量控制措施

3.1 施工工序

清表并平整场地→桩位放样→钻机就位、调平→检验、调整钻机→正循环钻至设计深度→启动高压注浆泵→反循环提钻→喷水泥浆至停浆面→重复搅拌下沉至设计深度→反循环提钻→喷水泥浆至停浆面→成桩结束→关闭机械→移至下一根桩。

3.2 质量控制措施

1）搅拌桩属地下隐蔽工程，施工质量受机具、施工工艺、施工人员责任心等多种因素影响，故其质量控制应贯穿施工全过程，坚持全方位的质量控制。

2）项目经理部指派专人负责水泥搅拌桩施工，所有施工机械均编号，现场相关负责人名单、水泥搅拌桩桩长、桩距等均标注在钻机机身显眼处，确保人员到位和责任到人。

3）严格按设计水灰比配置水泥浆液，并定期抽查，其控制措施为：①确定搅拌池的加水量，并在每个池上做出标记,每次加水量必须达到该标记位置；②根据每个池的水量确定需加入的水泥量，如某个池加水量为2m3即2 t,则需加入水泥量为4 t,水灰比2：4=0.5;③将以上数据挂牌告知施工人员，严格按要求掺加水和水泥；④配浆时搅拌至少3min，分浆池也不停搅拌，以免产生离析，现场配备多个水泥浆比重测定仪，以备监理和施工管理人员随时抽查检验水泥浆水灰比情况。

4）制备的水泥浆液不应出现离析，停置时间不应过长，超过2 h则应降低标号使用，倒入集料时应加过滤筛，以免结块而损坏泵体。泵送浆液前管路应保持潮湿，以利于输浆，现场拌制浆液时应有专人记录固化剂和外掺剂用量以及泵送浆时间。

5）机身调平以钻杆是否垂直为依据，为保证水泥搅拌桩垂直度满足规范要求，在主机上挂一吊锤,操作时用吊线进行控制。

6）水泥搅拌桩施工采用“二喷四搅”工艺，首次下钻和提钻均用低档，复搅时可提高一档，充分预搅以利于土与水泥浆均匀搅拌。

7）水泥搅拌桩开钻前，用水清洗整个管道并检验有无堵塞现象,待水排尽后方可下钻。

8）整个制桩过程必须保证边喷浆边提升，应连续作业，喷浆时必须使用自动流量计控制实际喷浆量，记录人员随时观察其重量变化，以保证足够的注浆压力,控制提升速度和各段浆量均匀。

9）要求供浆连续和搅拌均匀，一旦因故停浆则为防止断桩和缺浆，应使浆搅拌机下沉至停浆面以下0.5m，待恢复供浆后再喷浆提升。如因故停机超过3 h，为防止浆液硬结堵管，应先拆卸输浆管路，清洗后备用。

10）为保证水泥搅拌桩桩身质量，首次提钻喷浆时应在桩底部停留(喷浆坐底)30 s，以使浆液完全到达桩的底端。对桩身上端1/3L(桩长)范围应进行复搅，将此范围内的浆液分两次喷入，使搅拌效果更好。搅拌机提升至地面以下1m时宜用慢速，当喷浆口到达桩顶标高时宜停止提升，在桩顶部位停留30 s，以保证桩头均匀密实。

11）单根桩开钻后应连续施工，严格控制起喷及停喷高程，不得间断，以保证喷桩长度。采用流量泵控制输浆速度，并使搅拌提升速度与输浆速度同步。施工中发现喷浆量不足时，应按要求整桩复搅，复喷量不少于设计用量。如遇停机或机械故障停喷,应及时记录中断高程，待恢复正常后立即复搅且与前次搅拌重叠1m以上，如中断时间超过12 h则应采取补桩措施，并将补喷情况填报在施工记录内。

12）根据成桩试验确定的技术参数进行施工。现场操作人员认真填写施工原始记录，包括施工桩号、施工日期、天气情况；灰浆泵和管道压力；钻机转速;泵送时间、喷浆深度；钻进速度、提升速度；浆液流量；每米喷浆量和外掺剂用量；复搅深度；停浆时间。